Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Железная руда

Железная руда

Желе́зные ру́ды — природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объёме, когда промышленное извлечение железа из этих образований целесообразно. Несмотря на то, что железо входит в большем или меньшем количестве в состав всех горных пород, под названием железных руд понимают только такие скопления железистых соединений, из которых с выгодой в экономическом отношении можно получить металлическое железо.

Содержание

Типы руд [ править ]

Различаются следующие промышленные типы железных руд:

  • Титано-магнетитовые и ильменит-титаномагнетитовые в базитах и ультрабазитах
  • Апатит-магнетитовые в карбонатитах
  • Магнетитовые и магно-магнетитовые в скарнах
  • Магнетит-гематитовые в железных кварцитах
  • Мартитовые и мартит-гидрогематитовые (богатые руды, образуются по железным кварцитам)
  • Гётит-гидрогётитовые в корах выветривания.

Существует три вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии: сепарированная железная руда (обогащённая методом сепарации рассыпчатая руда), аглоруда (спечённая, окускованная путем термической обработки) и окатыши (сырая железосодержащая масса с добавлением флюсов (обычно, известняка); формуется в шарики диаметром около 1—2 см).

Химический состав [ править ]

По химическому составу железные руды представляют собой окиси, гидраты окисей и углекислые соли закиси железа, встречаются в природе в виде разнообразных рудных минералов, из которых главнейшие: магнетит, или магнитный железняк; гётит, или железный блеск (красный железняк); лимонит, или бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды; наконец, сидерит, или шпатоватый железняк (железный шпат), и его разновидность сферосидерит. Обыкновенно каждое скопление названных рудных минералов представляет смесь их, иногда весьма тесную, с другими минералами, не содержащими железа, как, например, с глиной, известняком или даже с составными частями кристаллических изверженных пород. Иногда в одном и том же месторождении встречаются некоторые из этих минералов совместно, хотя в большинстве случаев преобладает какой-нибудь один, а другие связаны с ним генетически.

Богатая железная руда в методике [ править ]

Богатая железная руда имеет содержание железа свыше 57 %, а кремнезёма менее 8—10 %, серы и фосфора менее 0,15 %. Представляет собой продукт природного обогащения железистых кварцитов, созданных за счёт выщелачивания кварца и разложения силикатов при процессах длительного выветривания или метаморфоза. Бедные железные руды могут содержать минимум 26 % железа.

Выделяют два главных морфологических типа залежей богатой железной руды: плоскоподобные и линейные.

Плоскоподобные залегают на вершинах крутопадающих пластов железистых кварцитов в виде значительных по площади с карманоподобной подошвой и относятся к типовым корам выветривания. Линейные залежи представляют падающие в глубину клиноподобные рудные тела богатых руд в зонах разломов, трещиноватостей, дробления, изгибов в процессе метаморфоза. Руды характеризуются высоким содержанием железа (54—69 %) и низким содержанием серы и фосфора. Наиболее характерным примером метаморфозных месторождений богатых руд могут быть Первомайское и Жёлтоводское месторождения в северной части Кривбасса.

Богатые железные руды идут на выплавку чугуна в доменных печах, который затем переделывают в сталь в мартеновском, конвертерном или электросталеплавильном производстве. Существует также прямое восстановление железа (горячебрикетированное железо).

Бедные и средние по содержанию железа руды в целях промышленного использования должны предварительно пройти через процесс обогащения.

Промышленные типы месторождений [ править ]

Главные промышленные типы железорудных месторождений [ править ]

  • Месторождения железистых кварцитов и богатых руд, образовавшихся по ним

Имеют метаморфогенное происхождение. Руда представлена железистыми кварцитами, или джеспилитами, магнетитовыми, гематит-магнетитовыми и гематит-мартитовыми (в зоне окисления). Бассейны Курской магнитной аномалии (КМА, Россия) и Криворожский (Украина), район озера Верхнего   (англ.) русск. (США и Канада), железорудная провинция Хамерсли (Австралия), район Минас-Жерайс (Бразилия).

  • Пластовые осадочные месторождения. Имеют хемогенное происхождение, образовались за счет выпадения железа из коллоидных растворов. Это оолитовые, или бобовые, железные руды, представленные преимущественно гетитом и гидрогетитом. Лотарингский бассейн (Франция), Керченский бассейн, Лисаковское и др. (бывший СССР).
  • Скарновые железорудные месторождения. Сарбайское, Соколовское, Качарское, гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское.
  • Комплексные титаномагнетитовые месторождения. Происхождение магматическое, месторождения приурочены к крупным докембрийским интрузивам. Рудные минералы — магнетит, титаномагнетит. Качканарское, Кусинское месторождения, месторождения Канады, Норвегии.

Второстепенные промышленные типы железорудных месторождений [ править ]

  • Комплексные карбонатитовые апатит-магнетитовые месторождения. Ковдорское.
  • Железорудные магно-магнетитовые месторождения. Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское.
  • Железорудные сидеритовые месторождения. Бакальское, Россия; Зигерлянд, Германия и др.
  • Железорудные и железомарганцевые оксидные пластовые месторождения в вулканогенно-осадочных толщах. Каражальское.
  • Железорудные пластообразные латеритные месторождения. Южный Урал; Куба и др.

Запасы [ править ]

Мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 160 млрд тонн, в которых содержится около 80 млрд тонн чистого железа. По данным Геологической службы США, на долю месторождений железной руды Бразилии и России приходится по 18 % мировых запасов железа. Запасы в пересчёте на содержание железа:

  • Россия — 18 %
  • Бразилия — 18 %
  • Австралия — 14 %
  • Украина — 11 %
  • Китай — 9 %
  • Индия — 5 %
  • США — 3 %
  • Прочие — 22 %

Распределение запасов железной руды по странам:

  • Украина — 18 %
  • Россия — 16 %
  • Китай — 13 %
  • Бразилия — 13 %
  • Австралия — 11 %
  • Индия — 4 %
  • США — 4 %
  • Прочие — 20 %

Экспорт и импорт [ править ]

Крупнейшие экспортёры железорудного сырья в 2009 году (всего 959,5 млн т), млн т:

  • Австралия — 380,5;
  • Бразилия — 266,0;
  • Индия — 90,7;
  • ЮАР — 44,6;
  • Канада — 31,1;
  • Россия — 21,7;
  • Украина — 21,0;
  • Швеция — 16,1;
  • Казахстан — 15,0.
Читайте так же:
Дровокол своими руками самодельный ручной

Крупнейшие импортёры железорудного сырья в 2009 году, млн т:

  • Китай — 628,2;
  • Япония — 105,5;
  • Южная Корея — 42,1;
  • Германия — 28,8;
  • Франция — 17,0;
  • Тайвань — 14,6;
  • Нидерланды — 9,8.

Пик цены на железную руду был достигнут в 2011 году с около $ 180 за тонну [1] . С того времени, снижаясь на протяжении трёх лет, к 2015 году котировки достигли до менее $ 40 за тонну впервые с 2009 года [2] .

Производство [ править ]

По данным Геологической службы США, мировая добыча железной руды составила в 2007 году 1,93 млрд тонн, увеличившись по сравнению с предыдущим годом на 7 %. Китай, Бразилия и Австралия обеспечивают две трети добычи, а вместе с Индией и Россией — 80 %. [3]

Железо

Железо относится к группе самородных элементов. Самородное железо является минералом, имеющим земное и космогенное происхождение. Содержание никеля на 3 процента выше в земном железе, по сравнению с космогенным. Также содержатся примеси магния, кобальта и других микроэлементов. Самородное железо имеет светло-серый цвет с металлическим блеском, включения кристаллов редки. Это достаточно редкий минерал, обладающий твердость в 4-5 ед. и плотностью в 7000-7800 кг на метр кубический. Археологи доказали, что самородное железо использовалось древними людьми задолго до того, как появились навыки по выплавке металла железа из руды.

Данный металл в своем первоначальном виде имеет серебристо-белый оттенок, поверхность стремительно покрывается ржавчиной при высокой влажности или в воде, богатой кислородом. Данная порода отличается хорошей пластичностью, плавится при температуре в 1530 градусов по Цельсию, из него без труда можно ковать изделия и производить прокатку. Металл обладает хорошей электро- и теплопроводностью, дополнительно его отличают от других пород магнитные свойства.

При взаимодействии с кислородом поверхность металла покрывается образующейся пленкой, которая защищает его от коррозийного воздействия. А при содержании в воздухе влаги железо окисляется, и на его поверхности образуется ржавчина. В некоторых кислотах железо растворяется, и происходит выделение водорода.

История появления железа

Железо оказало огромное влияние на развитие человеческого общества и продолжает цениться сегодня. Его используют на многих производствах. Железо помогло первобытному человеку освоить новые способы охоты, привело к развитию сельского хозяйства благодаря новым орудиям. Железо в чистом виде в те времена было частью упавших метеоритов. По сегодняшний день ходят легенды о неземном происхождении данного материала. Металлургия берет свое начало в середине второго тысячелетия до н.э. В то время в Египте освоили получение металла из железной руды.

Где добывают железо?

В чистом виде железо содержится в небесных телах. Металл был обнаружен в лунном грунте. Сейчас железо добывают из руды горных пород, и Россия занимает лидирующее место по добыче этого металла. Богатые залежи железной руды расположены в европейской части, в Западной Сибири и на Урале.

Области применения

Железо необходимо при производстве стали, которая имеет широкий диапазон применения. Практически в каждом производстве используется данный материал. Широко применяется железо в быту, его можно встретить в виде кованных изделий и чугуна. Железо позволяет придавать изделию различную форму, поэтому его используют при ковке и создании беседок, ограждений и других изделий.

Пользуются железом все хозяйки на кухне, ведь изделия из чугуна, это не что иное как сплав железа и углерода. Посуда из чугуна равномерно нагревается, долго сохраняет температуру и служит не один десяток лет. В состав практически всех столовых приборов входит железо, а из нержавеющей стали изготовляют посуду и различные кухонные принадлежности и такие необходимые предметы, как лопаты, вилы, топоры и другие полезные приспособления. Широко используется данный металл и в ювелирном деле.

Химический состав

Теллурическое железо содержит примеси никеля (Ni) 0,6—2%, кобальта (Со) до 0,3%, меди (Сu) до 0,4%, платины (Pt) до 0,1%, углерода; в метеоритном железе никель составляет от 2 до 12%, кобальт—около 0,5%, имеются также примеси фосфора, серы, углерода.

Поведение в кислотах: растворяется в НNО3.
В природе существует несколько модификаций железа — низкотемпературная имеет ОЦК ячейку (Im3m), высокотемпературная (при температурах > 1179K) ГЦК ячейку (Fm(-3)m). В больших количествах содержится в метеоритах. В железных метеоритах при травлении или нагреве проявляются видманштеттеновы фигуры.
Происхождение: теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовых лавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe1-xS) и когенит (Fe3C), что объясняют как восстановление углеродом (в т.ч. и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)n. В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд. Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.
Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов — железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.

Читайте так же:
Бензиновые измельчители веток и травы

Семейство самородного железа (по Годовикову)
Группа самородного железа
< 2,9, редко до 6,4 ат. % Ni — феррит
<

6,4 ат. % Ni — камасит

Группа самородного никеля
> 24 ат. % Ni — тэнит
62,5 — 92 ат. % Ni — аваруит Ni3Fe
(Ni, Fe) — Самородный никель

Железо (англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) — один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего — 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe2O3,), бурого железняка (2Fe2O3, ЗН2О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO 3 ,), магнетита (Fe34) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500 o С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800 o С повторной проковкой.

В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.

Особенности фазового анализа магнетита железных руд магнитохимическим и магнитометрическим методами

Для правильной оценки технологических свойств железорудных месторождений, а также при подготовке руд к металлургическому переделу необходимо не только установление массовой доли полезных компонентов, но и знание количественного соотношения различных минеральных форм проявления железа.

Авторы: Амигуд Г. Г., Верхорубова А. В., Матушкина А. Н., Осокина Г. Н., ОАО «Уралмеханобр», Екатеринбург

Главным рудным минералом железорудных месторождений является магнетит. Свойством магнетита, на котором основаны обогащение руд и методы контроля, является наличие сильных магнитных свойств. Определение массовой доли железа магнетита проводится методами количественного фазового анализа.

Магнетит — минерал группы оксидов железа с теоретической формулой Fe3О4 (или FeO•Fe2O3) — имеет структуру шпинели. Особенность кристаллической решетки шпинели заключается в наличии двух кристаллографических позиций ионов железа — тетра- и октаэдрической (соответственно ионы Fe2+ и Fe3+) [1].

vnedra

В различных типах руд химический состав магнетита непостоянен. Наряду со сравнительно чистыми разновидностями магнетита, отвечающими стехиометрическому соотношению двух- и трехвалентного железа, как, например, в железистых кварцитах, широко распространены магнетиты с изоморфными примесями. При этом ионы двухвалентного железа могут быть замещены магнием, марганцем, кальцием и другими элементами, а ионы трехвалентного железа — титаном, ванадием и другими [2].

Изменение химического состава магнетита приводит к изменению его физических и химических характеристик. Так, изоморфное замещение железа магнием или титаном обуславливает снижение скорости растворения и уменьшение магнитной восприимчивости. Степень изоморфного замещения в магнетите на разных участках месторождения может быть различной, что создает дополнительные трудности при проведении анализа.

В связи с особенностями состава и свойств железных руд, содержащих магнетит, в настоящее время используются два основных направления анализа содержания железа магнетита — магнитохимическое и магнитометрическое.

Возможность проведения анализа тем или иным методом, особенности проведения анализа и расчета результатов измерений связаны прежде всего с составом и свойствами самого магнетита, а также с особенностями наличия и состава других минеральных форм железа и ассоциации с ними магнетита (свободные зерна магнетита или дисперсная вкрапленность его в других минералах).

Магнитохимический метод основан на количественном выделении магнетита из проб магнитной сепарацией после предварительной обработки материала пробы различными растворителями для разрушения сростков магнетита с нерудными минералами и определении в магнитной фракции железа, соответствующего магнетиту.

Измерение содержания железа магнетита в магнитной фракции может проводиться как по железу общему, так и по двухвалентному железу. При использовании ГОСТ 16589-86 необходимо вычисление степени окисления магнетита Кок=Feобщ/ Fe2+ в магнетите.

С целью повышения точности определения содержания железа магнетита в ОАО «Уралмеханобр» в 2002 году была разработана и аттестована (в 2007 году переоформлена) магнитохимическая методика фазового химического анализа железа магнетита в титаномагнетитовых, скарново-магнетитовых, в том числе сульфидосодержащих, рудах и продуктах их переработки [3]. Методика применима также для анализа железистых кварцитов и любых других типов железных руд.

Был проведен сравнительный анализ результатов измерения массовой доли железа магнетита магнитохимическим методом по методике, разработанной в ОАО «Уралмеханобр», и ГОСТ 16589-86[4] в титаномагнетитовых рудах и продуктах переработки Гусевогорского и Качканарского месторождений.

Измерение массовой доли железа магнетита в магнитной фракции может осуществляться как по общему, так и двухвалентному железу. В методике ГОСТ расчет ведется по двухвалентному железу, однако для получения правильных результатов титаномагнетитовых руд Гусевогорского и Качканарского месторождений необходимо вычисление коэффициента окисленности Кок, т. е. соотношение железа общего и двухвалентного в магнетите.

Установлено, что результаты измерений массовой доли железа магнетита в титаномагнетитовых рудах и продуктах их переработки проб по методике ОАО «Уралмеханобр» дают более правильный результат по сравнению с ГОСТ 16589-86.

Читайте так же:
Лазерный излучатель для резки металла

Опыт анализа содержания железа магнетита в рудах самого разнообразного состава магнитохимическим методом показывает, что анализ железа магнетита по железу общему дает лучшую воспроизводимость результатов, однако правильность полученного результата может быть неудовлетворительной при анализе сильно окисленных руд и руд сложного минерального состава. Поэтому анализ по двухвалентному железу предподчтителен. Однако при анализе титаномагнетитовых руд прямой расчет содержания железа магнетита по двухвалентному железу с учетом коэффициента окисленности может быть затруднен, так как в этих рудах двухвалентное железо связано не только с магнетитом, но и с другими формами, например ильминитом, которые в силу структурных особенностей (прорастание в магнетит) могут переходить в магнитную фракцию, внося погрешность в результаты анализа.

Применение магнитохимического метода анализа железа магнетита позволяет получать надежные и правильные результаты, однако этот метод трудоемок, требует квалифицированного персонала и имеет низкую экспрессность, что особенно важно для предприятий, анализирующих большое количество проб при входном контроле и контроле технологического процесса. Поэтому все большее распространение при анализе рядовых проб получают магнитометрические методы определения железа магнетита.

В основу магнитометрического метода анализа положена пропорциональная зависимость намагниченности насыщения образца от массовой доли магнитных компонентов. Используемые приборы основываются, главным образом, на двух принципах: магнитовесовые приборы, определяющие силу втягивания образца в неоднородное магнитное поле, и индуктивные приборы, измеряющие намагниченность насыщения материала пробы при намагничивании постоянным или импульсным магнитным полем [5, 6].

В институте «Уралмеханобр» на протяжении нескольких десятков лет используется анализатор магнитных материалов SATMAGAN (фирма Outokumpo, Финляндия), в котором образец последовательно взвешивается в гравитационном и магнитных полях.

По опыту использования магнитометрических установок для анализа содержания железа магнетита в разнообразных рудах и продуктах их переработки, наилучшие результаты по точности, экспрессности и удобству работы получены на анализаторе магнитных материалов SATMAGAN. Навеска анализируемой пробы

3,0 г, максимальная крупность

300 мкм, продолжительность определения составляет около одной минуты.

С 2008 года анализатор SATMAGAN (модель 135) поставляется в Россию. В связи с этим нами была разработана и аттестована методика определения массовой доли железа магнетита магнитометрическим методом на этом анализаторе в диапазоне 0,5–70 %, предназначенная для контроля готовой продукции, технологических процессов, исследовательских целей и установления массовой доли железа магнетита СО и СОП [7]. Значения заявленных параметров метрологических характеристик методики не превышают значений, регламентированных ГОСТ 16589-86.

Отметим, что экспериментально полученные метрологические характеристики как магнитохимической, так и магнитометрической методик могут быть существенно лучше, чем регламентируемые [8].

Для повышения точности измерений нами изготовлен и аттестован комплект стандартных образцов Северопесчанского месторождения, охватывающий диапазон содержаний железа магнетита от 1,3 до 65,3 %.

Расчет содержания железа магнетита проводится как по градуировочным графикам, построенным с использованием аттестованных стандартных образцов, так и способом сравнения со стандартными образцами, имеющими значение содержания магнетита, близкое к составу анализируемых проб.

Высокая точность измерений достигается правильностью градуировки приборов, учитывающей все влияющие на проведение анализа факторы, постоянным контролем стабильности работы приборов по контрольным образцам предприятий, поверкой измерительной аппаратуры и минералогическим контролем с применением магнитохимических методов фазового анализа железа магнетита.

Периодически необходимо контролировать правильность полученных результатов как при использовании магнитохимических методов, так и магнитометрических путем проведения межметодического и межлабораторного эксперимента и сопоставления результатов анализа с результатами технологического баланса.

В таблице 1 представлены некоторые результаты измерений, проведенных в ОАО «Уралмеханобр» магнитохимическим и магнитометрическим методами анализа содержания железа магнетита для руд и продуктов их переработки различных месторождений России и Казахстана, содержащих магнетит, близкий по составу к стехиометрическому (Сарбайское, Соколовское, Качарское, Абаканское и Северопесчанское месторождения), магнетит с изоморфным замещением магнием (Таежное месторождение), магнетит с дефицитом двухвалентного железа, не содержащим изоморфных примесей (Хорасюрское месторождение). По группе титано-магнетитовых месторождений приведены данные для проб малотитанистых (Качарское и Гусевогорское месторождение) и высокотитанистых (Куранахское и Чинейское месторождения).

vnedra

Кимканское месторождение состоит из существенно магнетитовых, гематит-магнетитовых и гематит-мартитовых руд. Сутарское месторождение характеризуется наличием железистых кварцитов с рудными прослоями гематит-магнетитового состава, сульфидно-силикатных магнетитовых кварцитов и отдельными участками сильно окисленных руд.

С точки зрения особенностей фазового анализа содержания железа магнетита представляют интерес результаты по Кимканскому месторождению. Видно, что результаты анализа методом магнитохимии по железу общему существенно отличаются от анализа по Fe2+ и магнитометрии. Данные по полному фазовому составу анализируемых продуктов этого месторождения, в первую очередь железосодержащих фаз, показывают наличие мартита, связанного с магнетитом. Структурное срастание магнетита и мартита не позволяет отделить последний от магнетита, в результате мартит и магнетит при проведении анализа переходят в раствор магнитной фракции, что завышает содержание магнетита при его определении по железу общему. При анализе магнитометрическим методом эта особенность структуры не влияет на результат определения железа магнетита.

Для части проб руд Сутарского месторождения наблюдается очень высокая степень окисленности магнетита (Кок > 3,6) и большая неоднородность степени окисления, что делает неприемлемым анализ железа магнетита по железу общему.

В заключение остановимся на таком важном вопросе, как влияние способа подготовки проб к фазовому анализу. Подготовка проб должна быть такой, чтобы не допустить каких-либо изменений минерального состава и магнитных свойств. Сушка продуктов при повышенных температурах приводит к окислению магнетита и получению заниженных результатов. Сушку тонкоизмельченных увлажненных проб железных руд необходимо строго контролировать и соблюдать температурный режим 105–110 °С.

Читайте так же:
Домкрат качаешь и опускается

При разработке методик фазового анализа, а также при проведении анализа рекомендуется работать с приблизительно одинаковой крупностью материала.

Исследования показали, что измельчение материала от 150 до 40 мкм практически не ведет к изменению состава магнетита ни в исходных рудах, ни в концентратах. Анализ переизмельченных (до 20 мкм и меньше) проб магнитохимическими и магнитометрическими методами дает заниженное содержание железа магнетита [9]. Необходимо также учитывать, что изменение химического состава и свойств материала может наступить уже в процессе измельчения. Например, получение тонкоизмельченного («до пудры») материала с помощью виброистирателей сопровождается сильным разогревом проб, что может привести к мартитизации магнетита и занижению результатов его определения. Кроме того, необходимо учитывать металлическое (натертое) железо, попадающее в пробу в процессе ее подготовки к анализу, количество которого может достигать 1–2 %.

Таким образом, при оценке содержания железа магнетита в железных рудах разнообразного состава и продуктах их переработки подход к выбору методов анализа должен быть основан на учете полного фазового состава анализируемых продуктов, свойствах самого магнетита (степень окисленности, отличие от стехиометрии, структурные особенности) и способов подготовки проб к анализу.

На сегодняшний день не может быть рекомендована одна универсальная методика определения железа магнетита, обеспечивающая получение достоверных и удовлетворяющих по точности измерений результатов при анализе руд разных месторождений. Для каждого типа руд необходимо тщательное обоснование выбранной методики анализа и контроль правильности получаемых данных.

Для проведения массовых анализов на содержание железа магнетита рекомендуются магнитовесовые приборы, градуировочные графики которых строят по изготовленным и аттестованным стандартным образцам предприятия для всего диапазона измерений. Контроль правильности результатов анализа можно проводить по магнитохимической методике, используя ранее полученные данные по фазовому составу анализируемых продуктов.

1. Федорова М. Н., Криводубская К. С., Осокина Г. Н., Костоусова Т. И. Фазовый химический анализ руд черных металлов и продуктов их переработки. — М.: Недра, 1972. — 160 с.

2. Кудрявцев Г. П., Гаранин В. К., Жиляева В. А. и др. Магнетизм и минералогия природных ферримагнетиков. — М.: Из-во МГУ, 1982. — 294 с.

3. НДП 01.05.635-2002. Руды железные (титаномагнетитовые, скарно-магнетитовые, в том числе сульфидосодержащие) и продукты их переработки. Определение массовой доли железа магнетита. Магнитно-химический метод. — Екатеринбург, ИСО, 2002. — 8 с.

4. ГОСТ 16589-86. Руды железные типа железистых кварцитов. Метод определения железа магнетита. — М.: Из-во стандартов, 1987. — 5 с.

5. Потемкин К. Н., Гребнев С. К. Количественное определение магнетита весовым магнитным методом. ЖКХ, 1963, № 5, с. 981–988.

6. Марюта А. Н., Младецкий И. К., Новицкий П. А. Контроль качества железорудного сырья. — Киев, Техника, 1976. — с. 220.

7. НДП 03.06.192-2009. Руды железные и продукты их обогащения. Определение массовой доли железа магнетита. Магнитометрический метод. — Екатеринбург, ИСО, 2009. — 10 с.

8. Шипилова Н. А., Морова М. Ю. Определение железа магнетита в рудах местных месторождений в ОАО «ММК». — Заводская лаборатория, 2007, № 2, с. 6–7.

9. Осокина Г. Н. Подготовка проб к фазовому анализу. — Разведка и охрана недр, 1987, № 7, с. 24–26.

Общая характеристика железных руд

Железо является достаточно распространенным в природе элементом, его содержание в земной коре составляет 4,2%. Больше содержится в ней только кислорода (49,7%), кремния (26%) и алюминия (7,45%).

Рудными ископаемыми, или рудами, называются такие минеральные массы (горные породы), из которых экономически целесообразно извлечение металла или необходимого элемента. В соответствии с этим железными рудами называются горные породы, из которых экономически целесообразно выплавлять железо.

Промышленным месторождением руд считается такое скопление руд, которое экономически целесообразно разрабатывать. Опыт показывает, что эксплуатация железорудного месторождения целесообразна и имеет перспективу при запасах около 250–500 млн. т.

Руда состоит из рудного (рудообразующего) минерала, пустой породы и примесей. Извлекаемый элемент находится в рудном минерале.

Рудные минералы железных руд представляют собой оксиды, карбонаты железа и некоторые другие соединения.

Железные руды представляют собой полиминеральную горную породу, содержащую рудные минералы, представленные в виде оксидов, реже карбонатов или силикатов и пустую породу. Различают следующие минералогические типы железных руд.

1. Красный железняк – руда, образованная безводным оксидом железа Fe2O3 – гематитом. Красный железняк является самым распространенным видом руды, обычно характеризуется высоким содержанием железа (до 55-58%) и низким содержанием вредных примесей.

2. Бурый железняк – руда, образованная водными оксидами железа Fe2O3·nH2O.

Выделяют следующие водные оксиды железа: n < 0,5 – гидрогематит, n = 0,5 – турьит, n = 1,0 – гётит, n = 1,3 – гидрогётит, n = 1,5 – лимонит, n = 2,0 – ксантосидерит, n = 3,0 – лимнит.

Бурые железняки содержат до 40% железа, обладают высокой пористостью и восстановимостью, имеют обычно осадочное происхождение.

3. Магнитный железняк – руда, образованная магнитным оксидом железа Fe3O4 – магнетитом (содержание железа 30-50% и серы до 4,0%). Они, как правило, магматогенного происхождения. От других железосодержащих минералов отличается магнитными свойствами, что позволяет ее эффективно обогащать магнитной сепарацией.

Читайте так же:
Маслоотделитель для компрессора своими руками

Магнетит представляет собой изоморфную смесь оксидов железа (FeO·Fe2O3). Под действием влаги и кислорода атмосферы он окисляется по реакции FeO + O2 → 2Fe2O3, т.е. переходит в оксид железа (III), но с кристаллической решеткой магнетита – мартит. Степень перехода магнетита в мартит определяют отношением общего содержания железа в руде к железу, находящемуся в виде FeO:

В зависимости от величины коэффициента k образуются минералы со следующими названиями: k < 3,5 – магнетит, k = 3,5–7,5 – полумартит, k > 7,5 – мартит.

4. Сидеритовая руда (шпатовый железняк) — образована карбонатом железа – сидеритом FeСО3. Имеет осадочное или гидротермальное происхождение, характеризуется низким содержанием железа (28–35%) и высокой восстановимостью.

5. Ильменит FeTiO3 – титанат железа. Эти руды магматического происхождения называются титаномагнетитовыми.

Практически не встречаются железные руды, в которых все железо находилось бы в виде одного соединения (оксида или карбоната). Даже в самом «чистом» красном железняке есть незначительное количество оксида FeO, поэтому при определении минералогического типа следует исходить из содержания преобладающего оксида.

Для определения минералогического типа руды достаточно знать общее содержание в руде железа, оксида FeO и потерь при прокаливании (п.п.п.). Если в руде содержится мало FeO (до 5%) т.е. основная масса железа находится в виде Fe2O3 и потери при прокаливании невелики (до 5%), то это – красный железняк.

В магнитных железняках, а также в окисленных видах магнетита – мартитах и полумартитах потери при прокаливании тоже малы, но значительно содержание FeO (5-20%), так как Fe3O4 является изоморфной смесью оксидов (FeO·Fe2O3).

Степень окисленности определяется по отношению общего содержания железа в руде к железу, содержащемуся в виде FeО. Значительные потери при прокаливании имеют бурые железняки и сидериты. В первом случае потери при прокаливании – это гидратная влага, во втором – двуокись углерода, выделяющаяся при разложении карбоната железа (FeCO3 ® FeO + CO2).

Таким образом, если основная масса железа находится в виде Fe2О3 и потери при прокаливании составляют 8-15%, то это – бурый железняк, а если основная масса железа представлена в виде FeО и потери при прокаливании составляют 20-30% – сидерит.

Пустая порода.

Пустой породойжелезных руд называются балластные соединения, не содержащие железо, она состоит из различных сложных минералов, компонентами которых являются: кремнезем SiO2, глинозем А12О3, известь СаО и оксид магния MgO. Это минералы кварца, сложные алюмосиликаты, гранаты, пироксены, кальцит и т.д. В идеальном случае порода при расплавлении должна образовывать готовый шлак. Нормальный доменный шлак характеризуется соотношением основных (СаО, MgO) и кислых (SiO2, Al2O3) оксидов в шлаке:

Это отношение называется основностью шлака и является оптимальным при значениях 0,8-1,2.

Так как в подавляющем большинстве случаев в пустой породе руд преобладают оксиды SiO2 и А12О3, то в доменную печь необходимо добавлять СаО и MgO в виде кускового известняка или дробленный известняк, известь непосредственно в агломерационную шихту на аглофабрике.

Наиболее ценной является самоплавкая руда,имеющая основность пустой породы около 1,0.

В железных рудах всегда есть некоторое количество примесей, они могут быть и полезными, и вредными.

Полезными примесямиявляются: Мn, Сг, Ni, V, W, Mo и другие элементы.

Вредными примесямижелезных руд являются S, P, As, Zn и Pb.

Сера вызывает снижение прочности стали при повышенных, температурах (свойство «красноломкости») и поэтому является вредной примесью.

Фосфор вредно влияет на качество стали, снижает ее прочность при низких температурах – увеличивает хладноломкость и поэтому является вредной примесью. В рудах он содержится в виде апатита Ca5(Fe, Сl)(РО4)3 и вивианита Fe3(PO4)2∙8Н2О. В доменной печи фосфор восстанавливается из соединений, полностью переходит в чугун, а затем частично и в сталь.

Мышьяк в химическом отношении аналогичен фосфору, и действие его на качество стали примерно такое же. Во всех случаях примесь мышьяка в рудах вредна. В доменной печи мышьяк полностью восстанавливается из соединений и переходит в чугун. В рудах находится в виде FeAsS, при агломерации практически не удаляется.

Цинк является вредной примесью, хотя и не переходит в чугун. Он конденсируется в кладке верха печи и вызывает ее расширение. Это приводит к разрыву верхней части кожуха печи, разрушению кладки.

Свинец также является вредной примесью. Скапливаясь в горне печи, он разрушает кладку.

Для получения высоких технико-экономических показателей работы доменных печей железорудные материалы шихты (железные руды, агломераты, окатыши) должны отвечать определенным требованиям к химическому составу, физико-химическим и физическим свойствам.

Требования к железным руда: высокое содержание железа; минимальное содержание вредных примесей; высокое содержание основных оксидов в пустой породе (самоплавкая пустая порода); постоянство химического состава; высокая восстановимость; высокая газопроницаемость насыпной массы, т.е. кусковатость, прочность, отсутствие мелких фракций. Требования высокой восстановимости и газопроницаемости не относятся к рудам, направляемым на обогащение и окускование.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector